hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Scienceshydrophysics-796Research ArticleВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОРСКИХ ОБЪЕКТОВ, ОКЕАНА И АТМОСФЕРЫINTERACTION OF MARINE OBJECTS*, OCEAN‏ AND ‏ATMOSPHEREВзаимодействие фоновых внутренних волн и следа за сферой при ее горизонтальном движении в стратифицированной жидкостиThe Interaction of Background Internal Waves and Wake over the Horizontally Moving Sphere in Stratified FluidsВладимироваЭ. М.VladimirovaJe. M.

Санкт-Петербург

St.-Petersburg

irene_stetsuok@yahoo.comКоноваловА. А.KonovalovA. A.

Санкт-Петербург

St.-Petersburg

ЛитвинА. Д.LitvinA. D.

Санкт-Петербург

St.-Petersburg

ПолетаеваМ. А.PoletaevaM. A.

Санкт-Петербург

St.-Petersburg

СтецюкИ. В.StetsyukI. V.

Санкт-Петербург

St.-Petersburg

ФГУП «Крыловский государственный научный центр»РоссияKrylov state research centerRussian Federation201516112022847685Copyright © Владимирова Э.М., Коновалов А.А., Литвин А.Д., Полетаева М.А., Стецюк И.В., 20222022Владимирова Э.М., Коновалов А.А., Литвин А.Д., Полетаева М.А., Стецюк И.В.Vladimirova J.M., Konovalov A.A., Litvin A.D., Poletaeva M.A., Stetsyuk I.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/796

Приводятся результаты экспериментального исследования взаимодействия фоновых внутренних волн и процессов, вызванных движением сферы в стратифицированной по плотности жидкости. Рассмотрены два типа стратификации: профиль с распределением плотности, близким к линейному, и профиль с распределением плотности, содержащим пикноклин конечной толщины. При проведении исследования использовались контактные методы и теневой шлирен-метод. Выполнена статистическая обработка полученных экспериментальных данных, включающая цифровой анализ теневых изображений течений жидкости и спектральный анализ. Наличие в жидкости фоновых внутренних волн приводит к трансформации следа за сферой. Наличие фоновых внутренних волн свидетельствует о более интенсивном вихревом переносе в жидкости вследствие взаимодействия вихревых движений от двух различных источников. При движении вблизи пикноклина область резкого градиента плотности жидкости препятствует распространению возмущений к свободной поверхности. Показано, что процессы взаимодействия фоновых внутренних волн и следа за сферой при ее горизонтальном движении в стратифицированной жидкости играют важную роль в формировании структуры как турбулентных, так и волновых движений стратифицированной жидкости. Существенное значение при этом имеет тип плотностной стратификации.

The results of experimental studies of the interaction of background internal waves and processes, caused by the movement of the sphere in a stratified fluid are presented in this paper. Two distinct types of stratification are considered: a profile with a distribution of density that is close to linear and profile with a distribution of density that contains the pycnocline of finite thickness. The contact methods and schlieren-method are used in this study. Statistical processing of experimental data, including digital analysis of the shadow images of fluid and spectral analysis, are performed. It is shown that the presence of background internal waves leads to the transform of a wake over the sphere. The presence of background internal waves indicates more intense vortex transfer in the fluid due to the interaction of vortex motions from two different sources. Pycnocline prevents the propagation of perturbations from a moving sphere to the free surface. It is shown that the processes of interaction of background internal waves and a wake over the sphere in a stratified fluid play an important role in a formation of turbulent and wave motions in a stratified fluid, the type of a density stratification is of major importance.

внутренние волнысвободная поверхностьгидрофизические поляследinternal wavesfree surfacehydrophysical fieldswakeReferencesВасильева В. В. Внутренние волны и волновое сопротивление погруженных тел // Труды ВНТО им. ак. А. Н. Крылова. 1999. С. 140—153.Vasilieva V. V. Internal waves and wave resistance of submerged bodies. Trudy VNTO im. ak. A. N. Krylova. 1999, 140—153 (in Russian).Bonnier М. et al. On the density structure of far-wake vortices in a stratified fluid // Dynamics of Atmospheres and Oceans. 2000. № 31. P. 117—137.Bonnier М. et al. On the density structure of far-wake vortices in a stratified fluid. Dynamics of Atmospheres and Oceans. 2000, 31, 117—137.Hopfinger E. J. et al. Internal waves generated by a moving sphere and its wake in a stratified fluid // Experiments in Fluids. 1991. № 11. P. 255—261.Hopfinger E. J. et. al. Internal waves generated by a moving sphere and its wake in a stratified fluid. Experiments in Fluids. 1991, 11, 255—261.Qiang Lin et al. Internal waves generated by the turbulent wake of a sphere // Experiments in Fluids. 1993. № 15. P. 147—154.Qiang Lin et al. Internal waves generated by the turbulent wake of a sphere. Experiments in Fluids. 1993, 15, 147—154.Чашечкин Ю. Д. Гидродинамика сферы в стратифицированной жидкости // Известия Академии наук. Механика жидкости и газа. 1989. № 1. С. 3—9.Chashechkin Yu. D. Hydrodynamics of a sphere in a stratified fluid. Izvestija akademii nauk. Mehanika zhidkosti i gaza. 1989, 1, 3—9 (in Russian).Bonneton P. et al. Internal waves produced by the turbulent wake of a sphere moving horizontally in a stratified fluid // J. Fluid Mechanics. 1993. V. 254. P. 23—40.Bonneton P. et al. Internal waves produced by the turbulent wake of a sphere moving horizontally in a stratified fluid. J. Fluid Mechanics. 1993, 254, 23—40.Сысоева Е. Я., Чашечкин Ю. Д. Пространственная структура следа за сферой в стратифицированной жидкости // Журнал прикладной механики и технической физики. 1988. № 5. С. 59—65.Sysoeva E. Ya., Chashechkin Yu. D. The spatial structure of the wake over a sphere in a stratified fluid. Zhurnal prikladnoj mehaniki i tehnicheskoj fiziki. 1988, 5, 59—65 (in Russian).Гущин В. А., Матюшин П. В. Математическое моделирование и визуализация трансформации вихревой структуры течения около сферы при увеличении степени стратификации жидкости // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2011. Т. 51, № 2. С. 268—281.Gushchin V. A., Matyushin P. V. Numerical simulation and visualization of vortical structure transformation in the flow past a sphere at an increasing degree of stratification. Computational Mathematics and Mathematical Physics. 2011, 51, 2, 251—263.Брамсон М. А. и др. Морская рефрактометрия. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 246 с.Bramson M. A. et. al. Marine refractometry. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1986, 246 (in Russian).Тернер Дж. Эффекты плавучести в жидкостях. М.: Мир, 1977.Turner J. S. Buoyancy effects in fluids. Moskva, Mir, 1977.Владимирова Э. М. и др. Исследование особенностей гидрофизических процессов в верхнем слое морской среды в целях обеспечения безопасности функционирования морской техники // IX междун. конф. «Российское судостроение и судоходство, деятельность портов, освоение океана и шельфа» «Нева-2007». Тез. докл., Санкт-Петербург, 2007.Vladimirova E. M., Ivanov V. G., Ivanov D. V., Kozlov A. A., Litvin A. D., Skopin N. A. The study of the characteristics of hydrophysical processes in the upper layer of the marine environment in order to ensure the safe operation of marine machinery. Tezisy dokladov IX Mezhdunar. konferenzii «Russian shipbuilding and shipping, port activities, development of ocean and shelf» «Neva-2007». St.-Petersburg, 2007 (in Russian).Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. М.: Мир, 1989. 540 с.Bendat J., Persol A. Applied analysis of random data. Moskva, Mir, 1989, 540 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.